文档介绍：电网交流互联对电网暂态稳定性的影响
摘要:华北电力设计院和东北电力设计院所做的《东北、华北电网联网工程系统专题设计》报告中指出,华北、东北电网交流互联后各自电网中一些线路或断面的暂态稳定极限值下降幅度较大。这一现象引起了有关部门及从事电力系统分析工作人员的关注。针对这一现象,从暂态稳定理论和比对计算两个方面进行了分析,并指出受端系统惯量显著增大是产生这一现象的主要原因,同时还指出了在电力系统暂态稳定分析工作中,系统等值和网格化简时对一些小容量机组的处理应慎重。
关键词:电网交流互联暂态稳定惯性时间常数
1 前言
华北、东北两个装机容量均在30000M1、M2、PM1、PM2、PE1和PE2分别为两台机的转角、惯性时间常数、原动机功率标幺值、发电机电磁功率标幺值。
根据网络功率平衡方程式,可得发电机的电磁功率方程式为
PE1=E21G11+E1E2G12 cosδ12+E1E2B12 sinδ12(3)
PE2=E22G22+E1E2G12 cosδ12-E1E2B12 sinδ12(4)
式中 E1、E2、G11、G22、G12、B12分别为两台发电机内电势、发电机内电势节点的自电导和两机间转移电导、电纳;δ12=δ1-δ2。
对于输电系统,电阻远小于电抗,因此G12远小于B12。令G12=0,式(3) (4)可简化为 PE1=E21G11+E1E2B12 sinδ12(5)
PE2=E22G22-E1E2B12 sinδ12(6)
在初始稳态情况下,δ12=δ0,发电机原动机机械功率与电磁功率相等,即
PM1=PE10 PM2=PE20
则由式(5)(6)可得 PM1=E21G11+E1E2B12 sinδ0(7)
PM2=E22G22-E1E2B12 sinδ0(8)
系统初始角δ0的值在0°~180°范围内,sinδ0>0。
式(1)减去式(2)并将式(5)和(6)代入可得
式(9)就是两机系统的相对角加速度特性。考虑式(7)和(8),可知式(9)中的PM为正常数,PE仅随δ12的变化而变化。
以下从能量函数角度分析两机系统的暂态稳定性。
设系统在t=0时,δ12=δ0,相对角加速度特性为曲线Ⅰ(见图3);受到故障扰动时,相对角加速度特性为曲线Ⅱ,此时δ12增大,直到δ12=δc时,切除故障;以后相对角加速度特性变为曲线Ⅲ。
由于发电机采用经典模型,因此发电机原动机的机械功率PM1、PM2和内电势E1、E2保持恒定。为了简化,以下将δ12和ω12的下标省略,分别用δ和ω表示。
图3 等值两机系统角加速度特性曲线
式(10)表示,在系统相对角从δ0变化到δ的过程中,系统单位质量积蓄的动能。其物理意义见图3,暂态过程中系统单位质量的动能为相对角加速度特性曲线与横轴所围成的面积,横轴上方曲线所围的面积为加速面积,横轴下方曲线所围的面积为减速面积。
当电力系统发生短路故障时,系统运行点从曲线Ⅰ的a点变化为曲线Ⅱ的b点,由于PM和PE间的不平衡,会出现系统相对角加速度。在b点,相对角加速度为正值,相对角速度从0开始逐渐增大,使系统相对角从δ0开始增大。到达c点时,故障切除,系统运行点变为曲线Ⅲ的d点,相对角加速度变为负值,相对角速度开始逐渐减小但仍大于零,δ继续